施耐德QUANTUM PLC在2000m3高炉生产中的应用(一)

一、概述
　　邯郸钢铁集团有限责任公司位于河北省南部重工业城市---邯郸市，1958年建厂，属国家特大型钢铁联合企业，具有年产铁钢材500万吨的生产能力。1999年8月，五大技改工程之一的2000m3高炉动工建设，2000年6月高炉顺利出铁。该高炉为引进德国克虏伯钢铁公司的设备和技术，年产生铁150万吨，利用系数 2.5，焦比480kg，喷煤量150kg/t，各项经济技术指标位居国内同类型高炉第三名。
　　二、机型
　　2000m3高炉包括高炉及热风炉本体、水处理、煤粉喷吹、环保除尘等岗位，从性价比综合指标考虑，采用了大量性能优良的施耐德电气产品。高炉热风炉本体基础自动化控制系统PLC选用了TSX QUANTUM系列产品，风机变频器选用了Altivar产品，低压电器选用施耐德软起动器、梅兰日兰开关、断路器、接近开关、光电开关等产品。
　　三、工艺描述
　　炼铁是在高炉内进行还原反应过程，炉料、矿石、燃料和熔剂从无钟炉顶装入炉内，从鼓风机来的冷风经热风炉后，形成热风从高炉风口鼓入，随着焦碳燃烧，产生热煤气由下向上运动，而炉料则由上而下运动，互相接触，进行热交换，逐步还原，最后到炉子下部，还原成生铁，同时形成炉渣。积聚在炉缸的铁水和炉渣分别由铁口和出渣口放出。
　　高炉自动化的目的主要是保证高炉操作的4个主要问题：即正确的配料并以一定的顺序及时装入炉内；控制炉料均匀下降；调节料柱中炉料分布及保持与煤气流良好的接触；保持合适的热状态。
　　现代高炉自动化主要是指仪表检测及控制系统、电气控制系统和过程及管理用计算机。仪表控制系统和电气控制系统通常由DCS或PLC完成。由于高炉在钢铁厂处于咽喉位置，需及时和稳定地供给炼钢工序合格的铁水，故其稳定性是很重要的。近年来，高炉向大型化方向发展，稍有不正常，损失就很大，因此其稳定性就显得愈加重要。高炉自动化的控制性能是决定高炉稳定顺行的一个至关重要的因素。
　　四、系统控制内容及功能要求
　　高炉生产要求计算机控制系统能够保证生产过程的连续性和实时监控性，而且要求数据量最多，所有设备的自动化程度要高。计算机系统要求数据采集周期短，刷新速率快，特别对通讯网络而言，数据传输速率、网络稳定性和正确性尤为重要。
　　1、 高炉部分
　　.炉顶、炉喉、炉身、炉腰、炉缸、炉底、炉基的温度、压力、差压、流量、料位、重量的检测。要求数据采集精确度≤0.2%，采集速率≤0.8S。
　　.炉顶压力控制：这是高炉生产中最重要的、必须投入自动运行的控制。正常情况下，高炉顶压为250±3KPa。2000 m3高炉顶压调节采用了比肖夫环缝洗涤塔专利技术，串联方式的上下两级喉口一个投入自动，一个投入手动。
　　.炉身静压校正：在高炉不同高度测量炉身静压力，可以较早得知炉况变化，较准确判断局部管道和悬料位置，以便及时采取措施。2000 m3高炉在四个水平面上装设4个取压口以测量炉身静压力。
　　.炉体冷却壁热负荷检测：高炉一代炉役的长短取决于冷却壁的侵蚀情况。因此冷却壁热负荷检测属于重点监控和维护内容，分析该处实时曲线和历史趋势可以帮助高炉工长正确判断炉况，采取相应措施延长高炉炉龄。
　　.煤气分析：分析高炉煤气中H2、N2、CO、CO2含量，可以了解炉内反应，风口或冷却系统漏水等情况。
　　.水冷系统控制：通过膨胀罐、接受罐、水泵、气密箱、密闭循环水系统、炉顶打水的连锁与阀门控制保护炉顶设备。
　　.氮风系统控制：通过送风阀、送氮阀、风机连锁控制保护齿轮箱、阀箱等炉顶设备。
2热风炉部分
　　.炉体温度、压力、差压、流量参数检测
　　.热风温度控制：通过自动调节混风切断阀开度将适当配比的冷风掺入热风管道中，控制送往高炉热风围管的热风温度在1200±20℃内。
　　.废气温度与煤气支管流量的串级控制：废气温度与煤气支管流量组成串级调节回路，废气温度调节器的输出作为煤气支管流量调节器的外给定值。

图1 废气温度与煤气支管流量串级控制原理图
　　.煤气支管流量与冷风支管流量的比值控制：煤气支管流量与助燃风支管流量组成配比调节回路，以煤气支管流量作为比值器的输入，比值器的输出作为助燃风支管流量调节器的外给定值。

图2 煤气支管流量与冷风支管流量比值控制原理图
　　.开始燃烧时，废气温度调节器、煤气支管流量调节器及助燃风支管流量调节器均切换到手动状态，使废气温度调节器的输出为零，使煤气支管流量及助燃风支管流量调节阀处于小开度状态。当延时几秒后或废气温度达到350℃时，调节器自动切换到自动调节状态。当炉子退出燃烧时，煤气及助燃风支管流量调节阀均切换到手动状态，且两阀全关闭。
　　以下是高炉、热风炉主要生产工艺监控画面。